電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理.doc
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電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理 電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理 電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理:彈性體(彈性元件,敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形,使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變形,電阻應(yīng)變片變形后,它的阻值將發(fā)生變化(增大或減?。?,再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號的過程。 由此可見,電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。下面就這三方面簡要論述?! ? 一、電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上,即成為一片應(yīng)變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意義。 設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲,其長度為L,橫截面是半徑為r的圓形,其面積記作S,其電阻率記作ρ,這種材料的泊松系數(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí),它的電阻值為R: R = ρL/S(Ω) (2—1) 當(dāng)他的兩端受F力作用時(shí),將會伸長,也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長ΔL,其橫截面積則縮小,即它的截面圓半徑減少Δr。此外,還可用實(shí)驗(yàn)證明,此金屬電阻絲在變形后,電阻率也會有所改變,記作Δρ。 對式(2--1)求全微分,即求出電阻絲伸長后,他的電阻值改變了多少。我們有: ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 (2—2) 用式(2--1)去除式(2--2)得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S (2—3) 另外,我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = πr2,則 Δs = 2πr*Δr,所以 ΔS/S = 2Δr/r (2—4) 從材料力學(xué)我們知道 Δr/r = -μΔL/L (2—5) 其中,負(fù)號表示伸長時(shí),半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式(2—4)(2—5)代入(2--3),有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L = K *ΔL/L (2--6) 其中 K = 1 + 2μ +(Δρ/ρ)/(ΔL/L) (2--7) 式(2--6))說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率(電阻相對變化)和電阻絲伸長率(長度相對變化)之間的關(guān)系?! ? 需要說明的是:靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù),它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān),不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間;其次K值是一個(gè)無因次量,即它沒有量綱。 在材料力學(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)變,記作ε,用它來表示彈性往往顯得太大,很不方便 常常把它的百萬分之一作為單位,記作με。這樣,式(2--6)常寫作: ΔR/R = Kε (2—8) 二、彈性體 彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè),首先是它承受稱重傳感器所受的外力,對外力產(chǎn)生反作用力,達(dá)到相對靜平衡;其次,它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(區(qū)),使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例,來介紹一下其中的應(yīng)力分布。 設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁?! ? 肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力,但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神,一為壓縮,若把應(yīng)變片貼在這里,則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加,而應(yīng)變片的下半部將受壓縮,阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式,而不再推導(dǎo)。 ε = (3Q(1+μ)/2Eb)*(B(H2-h2)+bh2)/ (B(H3-h3)+bh3) (2--9) 其中:Q--截面上的剪力;E--揚(yáng)氏模量:μ—泊松系數(shù);B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。 需要說明的是,上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況,而應(yīng)變片實(shí)際感受的是“平均”狀態(tài)。 三、檢測電路 檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn),如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制側(cè)向力干擾,可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等,所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高,各臂參數(shù)一致,各種干擾的影響容易相互抵銷,所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。 電阻應(yīng)變計(jì) resistance strain gage 能將工程構(gòu)件上的應(yīng)變,即尺寸變化轉(zhuǎn)換成為電阻變化的變換器(又稱電阻應(yīng)變片),簡稱為應(yīng)變計(jì)。一般由敏感柵、引線、粘結(jié)劑、基底和蓋層組成(圖1)。 將電阻應(yīng)變計(jì)安裝在構(gòu)件表面,構(gòu)件在受載荷后表面產(chǎn)生的微小變形(伸長或縮短),會使應(yīng)變計(jì)的敏感柵隨之變形,應(yīng)變計(jì)的電阻就發(fā)生變化,其變化率和安裝應(yīng)變計(jì)處構(gòu)件的應(yīng)變 ε成比例。測出此電阻的變化,即可按公式算出構(gòu)件表面的應(yīng)變,以及相應(yīng)的應(yīng)力。 將電阻應(yīng)變計(jì)安裝在構(gòu)件表面,在應(yīng)變計(jì)軸線方向的單向應(yīng)力作用下,敏感柵的電阻變化率和引起此電阻變化的構(gòu)件表面在應(yīng)變計(jì)軸線方向的應(yīng)變ε之比,稱為電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)K,即 , 它表示電阻應(yīng)變計(jì)輸出信號與輸入信號在數(shù)量上的關(guān)系,是電阻應(yīng)變計(jì)的主要工作特性之一。 敏感柵的柵長一般為 0.2~100毫米, 電阻為60~1000歐(最常用的為120歐和350歐),測量范圍為幾微應(yīng)變至數(shù)萬微應(yīng)變(με,1微應(yīng)變=10-6毫米/毫米)。 按敏感柵的材料,電阻應(yīng)變計(jì)分為金屬電阻應(yīng)變計(jì)和半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)兩類。 金屬電阻應(yīng)變計(jì) 金屬電阻應(yīng)變計(jì)的種類、所使用的材料和安裝方法分述如下: 絲式應(yīng)變計(jì) 這種應(yīng)變計(jì)的敏感柵最常用的有絲繞式和短接線式兩種(圖2)。①絲繞式的敏感柵是用直徑 0.015~0.05毫米的金屬絲連續(xù)繞制而成,端部呈半圓形。如果安裝應(yīng)變計(jì)的構(gòu)件表面存在兩個(gè)方向的應(yīng)變,此圓弧端除了感受縱向應(yīng)變外,還能感受橫向應(yīng)變,后者稱為橫向效應(yīng)。若對測量精度的要求較高,應(yīng)考慮橫向效應(yīng)的影響并進(jìn)行修正。②短接線式的敏感柵采用較粗的橫絲,將平行排列的一組直徑為 0.015~0.05毫米的金屬縱絲交錯(cuò)連接而成,端部是平直的。它的橫向效應(yīng)很小,但耐疲勞性能不如絲繞式的。 箔式應(yīng)變計(jì) 這種應(yīng)變計(jì)的敏感柵用厚度 0.002~0.005毫米的金屬箔刻蝕成形。 用此法易于制成各種形狀的應(yīng)變計(jì)(圖3)。箔柵有如下優(yōu)點(diǎn):①橫向部分可以做成比較寬的柵條,使橫向效應(yīng)較??;②箔柵很薄,能較好地反映構(gòu)件表面的變形,因而測量精度較高;③便于大量生產(chǎn);④能制成柵長很短的應(yīng)變計(jì)。因此,箔式應(yīng)變計(jì)得到廣泛應(yīng)用。 臨時(shí)基底應(yīng)變計(jì) 還有一種臨時(shí)基底型的金屬電阻應(yīng)變計(jì)(圖4)。制造時(shí)將用紫銅等材料制成的敏感柵粘在作為臨時(shí)基底的框架上,使用時(shí)用粘結(jié)劑將敏感柵固定在構(gòu)件上,然后將臨時(shí)基底去掉。這種應(yīng)變計(jì)多用于測量高溫條件下的應(yīng)變。 應(yīng)用材料和安裝方法 制造敏感柵的常用材料有銅鎳合金(康銅)、鎳鉻系合金、鐵鉻鋁合金、鎳鉻鐵合金、鉑和鉑合金等。前三種最常用。這些合金的靈敏系數(shù)為2~6。 所用的粘結(jié)劑分為有機(jī)粘結(jié)劑和無機(jī)粘結(jié)劑兩類。在一般情況下,前者用在溫度低于400℃時(shí),后者則用于高溫條件下。有機(jī)粘結(jié)劑包括硝化纖維、氰基丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚酰亞胺等。除前兩種之外,使用時(shí)一般都要加溫加壓使其固化。常用的無機(jī)粘結(jié)劑有磷酸鹽和噴涂用的金屬氧化物。前者在使用時(shí)須加溫固化。用作基底的材料有紙、膠膜、玻璃纖維布、金屬薄片(或金屬網(wǎng))等。 把應(yīng)變計(jì)粘貼在構(gòu)件表面上有不同的安裝方法:用紙、膠膜、玻璃纖維布作基底的應(yīng)變計(jì),用粘結(jié)劑粘貼;用金屬薄片或金屬網(wǎng)作基底的應(yīng)變計(jì),用點(diǎn)焊或滾焊固定在金屬構(gòu)件上;對于臨時(shí)基底型應(yīng)變計(jì),用粘結(jié)劑或用氧炔焰或等離子焰將金屬氧化物熔化并噴涂的方法,將敏感柵固定于金屬基底或構(gòu)件表面上。 只用一個(gè)敏感柵的應(yīng)變計(jì),適用于測量單向應(yīng)變。測量平面應(yīng)力場的應(yīng)變時(shí),可采用應(yīng)變花。 半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì) 將半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)安裝在被測構(gòu)件上,在構(gòu)件承受載荷而產(chǎn)生應(yīng)變時(shí),其電阻率將發(fā)生變化。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)就是以這種壓阻效應(yīng)作為理論基礎(chǔ)的,其敏感柵由鍺或硅等半導(dǎo)體材料制成。這種應(yīng)變計(jì)可分為體型(圖5)和擴(kuò)散型兩種。前者的敏感柵由單晶硅或鍺等半導(dǎo)體經(jīng)切片和腐蝕等方法制成,后者的敏感柵則是將雜質(zhì)擴(kuò)散在半導(dǎo)體材料中制成的。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)大,機(jī)械滯后和蠕變小,頻率響應(yīng)高;缺點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)大,靈敏系數(shù)隨溫度而顯著變化,應(yīng)變和電阻之間的線性關(guān)系范圍小。正確選擇半導(dǎo)體材料和改進(jìn)生產(chǎn)工藝,這些缺點(diǎn)可望得到克服。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)多用于測量小的應(yīng)變(10-1微應(yīng)變到數(shù)百微應(yīng)變),已廣泛用于應(yīng)變測量和制造各種類型的傳感器(見電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器)。 半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)中用薄膜作敏感柵的稱為薄膜應(yīng)變計(jì)。它是將金屬、合金或半導(dǎo)體材料,用真空鍍膜、沉積或?yàn)R射方法,在絕緣基底上制成一定形狀的薄膜,其厚度從幾十納米至幾萬納米不等。此外,還有靈敏系數(shù)很大的p-n結(jié)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)和壓電場效應(yīng)應(yīng)變計(jì)。 電阻應(yīng)變計(jì)的品種日益增加,應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大,除了常用的品種和規(guī)格外,還有各種不同用途的應(yīng)變計(jì),如溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)、大應(yīng)變應(yīng)變計(jì)、應(yīng)力計(jì)、測量殘余應(yīng)力的應(yīng)變花等。利用箔式應(yīng)變計(jì)的制造技術(shù),還能生產(chǎn)出可以測量溫度、壓力、疲勞壽命、裂紋擴(kuò)展情況的各種片式檢測元件(包括測溫片、測壓片、疲勞壽命計(jì)、裂紋擴(kuò)展計(jì)等)。 電阻應(yīng)變計(jì) straingauge 基于電阻-應(yīng)變效應(yīng)的敏感元件。電阻-應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體的電阻在導(dǎo)體受力產(chǎn)生變形(伸長或縮短)時(shí)發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。當(dāng)金屬電阻絲受到軸向拉力時(shí),其長度增加而橫截面變小,引起電阻增加。反之,當(dāng)它受到軸向壓力時(shí)則導(dǎo)致電阻減小。電阻應(yīng)變計(jì)與彈性敏感元件、補(bǔ)償電阻一起可構(gòu)成多種用途的電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變計(jì)按工藝可分為粘貼式、非粘貼式(又稱張絲式或繞絲式)、焊接式、噴涂式等。其中粘貼式應(yīng)變計(jì)(又稱應(yīng)變片)是應(yīng)用最廣,也是最早出現(xiàn)的應(yīng)變計(jì)。它的工作原理是開爾文勛爵于1856年發(fā)現(xiàn)的。 粘貼式應(yīng)變計(jì) 它主要由 4部分組成。①由電阻絲制成的敏感柵:是應(yīng)變計(jì)的敏感部分;②襯底和保護(hù)層:敏感柵粘貼在襯底上,襯底是將傳感器彈性元件表面的應(yīng)變傳遞到電阻絲柵上的中間介質(zhì),起絕緣作用;保護(hù)層起保護(hù)電阻絲的作用;③粘合劑:它將電阻絲與襯底粘貼在一起;④引出線:它起連接測量導(dǎo)線的作用。按襯底材料和安裝方法的不同,可把粘貼式應(yīng)變計(jì)分為紙襯式、膠襯式、金屬襯底式和臨時(shí)襯底式等。敏感柵又有多種結(jié)構(gòu)形式,可分為測量單方向應(yīng)變的單軸式和測量兩個(gè)方向以上應(yīng)變的多軸式(又稱應(yīng)變花)兩類。 箔式應(yīng)變計(jì) 它的工作原理與粘貼式應(yīng)變計(jì)相同,但敏感柵用金屬箔(康銅、鎳鉻錳硅合金等)通過光刻、腐蝕等工藝制成。箔式應(yīng)變計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是:柵的尺寸準(zhǔn)確、一致性好、適于大批量生產(chǎn),易于小型化、易散熱、疲勞壽命高等。 金屬薄膜應(yīng)變計(jì) 這種應(yīng)變計(jì)是通過規(guī)定的掩板在表面有絕緣層的金屬材料或玻璃等無機(jī)材料上濺射或沉積一層電阻材料薄膜制成的,也可采用光刻方法制造。還可直接將電阻材料沉積在傳感器的彈性敏感元件上,達(dá)到更佳的效果。 張絲式應(yīng)變計(jì) 它是利用一定結(jié)構(gòu)使金屬電阻絲張緊并能直接受力而產(chǎn)生電阻-應(yīng)變效應(yīng)的一種應(yīng)變計(jì),又稱非粘貼式應(yīng)變計(jì)。一種測量微小壓力的張絲式應(yīng)變計(jì)是將金屬電阻線繞在固定于彈簧片上的數(shù)個(gè)柱子上制成的(圖2)。當(dāng)壓力通過連桿加到彈簧片上時(shí),彈簧片的變形使柱子移動,從而改變電阻線圈的張力而使其電阻發(fā)生變化。線圈連接成橋式電路,于是電橋由于橋臂電阻的變化而失去平衡,產(chǎn)生正比于壓力的輸出電壓。利用張絲式應(yīng)變計(jì)的原理還可制成扭矩傳感器和加速度計(jì)。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理:彈性體(彈性元件,敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形,使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變形,電阻應(yīng)變片變形后,它的阻值將發(fā)生變化(增大或減?。?,再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號的過程。 由此可見,電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。下面就這三方面簡要論述。 一、電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上,即成為一片應(yīng)變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介芤幌濾 囊庖濉?span> 設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲,其長度為L,橫截面是半徑為r的圓形,其面積記作S,其電阻率記作ρ,這種材料的泊松系數(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí),它的電阻值為R: R = ρL/S(Ω) (2—1) 當(dāng)他的兩端受F力作用時(shí),將會伸長,也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長ΔL,其橫截面積則縮小,即它的截面圓半徑減少Δr。此外,還可用實(shí)驗(yàn)證明,此金屬電阻絲在變形后,電阻率也會有所改變,記作Δρ。 對式(2--1)求全微分,即求出電阻絲伸長后,他的電阻值改變了多少。我們有: ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 (2—2) 用式(2--1)去除式(2--2)得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S (2—3) 另外,我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = πr2,則 Δs = 2πr*Δr,所以 ΔS/S = 2Δr/r (2—4) 從材料力學(xué)我們知道 Δr/r = -μΔL/L (2—5) 其中,負(fù)號表示伸長時(shí),半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式(2—4)(2—5)代入(2--3),有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L = K *ΔL/L (2--6) 其中 K = 1 + 2μ +(Δρ/ρ)/(ΔL/L) (2--7) 式(2--6))說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率(電阻相對變化)和電阻絲伸長率(長度相對變化)之間的關(guān)系。 需要說明的是:靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù),它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān),不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間;其次K值是一個(gè)無因次量,即它沒有量綱。 在材料力學(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)變,記作ε,用它來表示彈性往往顯得太大,很不方便 常常把它的百萬分之一作為單位,記作με。這樣,式(2--6)常寫作: ΔR/R = Kε (2—8) 二、彈性體 彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè),首先是它承受稱重傳感器所受的外力,對外力產(chǎn)生反作用力,達(dá)到相對靜平衡;其次,它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(區(qū)),使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例,來介紹一下其中的應(yīng)力分布。 設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。 肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力,但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神,一為壓縮,若把應(yīng)變片貼在這里,則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加,而應(yīng)變片的下半部將受壓縮,阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式,而不再推導(dǎo)。 ε = (3Q(1+μ)/2Eb)*(B(H2-h2)+bh2)/ (B(H3-h3)+bh3) (2--9) 其中:Q--截面上的剪力;E--揚(yáng)氏模量:μ—泊松系數(shù);B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。 需要說明的是,上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況,而應(yīng)變片實(shí)際感受的是“平均”狀態(tài)。 三、檢測電路 檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn),如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制側(cè)向力干擾,可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等,所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高,各臂參數(shù)一致,各種干擾的影響容易相互抵銷,所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。 稱重傳感器常用技術(shù)參數(shù) 一、 用分項(xiàng)指標(biāo)表示法 在介紹稱重傳感器技術(shù)參數(shù)時(shí),傳統(tǒng)的方法是采用分項(xiàng)指標(biāo),其優(yōu)點(diǎn)是物理意義明確,沿用多年,熟悉的人較多。我們現(xiàn)在列出其主要項(xiàng)目如下: *額定容量 生產(chǎn)廠家給出的稱量范圍的上限值。 *額定輸出(靈敏度) 加額定載荷時(shí)和無載荷時(shí),傳感器輸出信號的差值。由于稱重傳感器的輸出信號與所加的激勵(lì)電壓有關(guān),所以額定輸出的單位以mV/V來表示。并稱之為靈敏度。 *靈敏度允差 傳感器的實(shí)際穩(wěn)定輸出與對應(yīng)的標(biāo)稱額定輸出之差對該標(biāo)稱額定輸出的百分比。例如,某稱重傳感器的實(shí)際額定輸出為2.002mV/V,與之相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)額定輸出則為2mV/V,則其靈敏度允差為:((2.002 – 2。000)/2.000)*100% = 0.1% *非線性 由空載荷的輸出值和額定載荷時(shí)輸出值所決定的直線和增加負(fù)荷之實(shí)測曲線之間最大偏差對于額定輸出值的百分比。 *滯后允差 從無載荷逐漸加載到額定載荷然后再逐漸卸載。在同一載荷點(diǎn)上加載和卸載輸出量的最大差值對額定輸出值的百分比。 重復(fù)性誤差 在相同的環(huán)境條件下,對傳感器反復(fù)加荷到額定載荷并卸載。加荷過程中同一負(fù)荷點(diǎn)上輸出值的最大差值對額定輸出的百分比。 *蠕變 在負(fù)荷不變(一般取為額定載荷),其它測試條件也保持不變的情形下,稱重傳感器輸出隨時(shí)間的變化量對額定輸出的百分比。 *零點(diǎn)輸出 在推薦電壓激勵(lì)下,未加載荷時(shí)傳感器的輸出值對額定輸出的百分比。 *絕緣阻抗 傳感器的電路和彈性體之間的直流阻抗值。 *輸入阻抗 信號輸出端開路,傳感器未加負(fù)荷時(shí),從電源激勵(lì)輸入端測得的阻抗值。 *輸出阻抗 電源激勵(lì)輸入端短路,傳感器未加載荷時(shí),從信號輸出端測得的阻抗。 *溫度補(bǔ)償范圍 在此溫度范圍內(nèi),傳感器的額定輸出和零平衡均經(jīng)過嚴(yán)密補(bǔ)償,從而不會超出規(guī)定的范圍。 零點(diǎn)溫度影響 環(huán)境溫度的變化引起的零平衡變化。一般以溫度每變化10K時(shí),引起的零平衡變化量對額定輸出的百分比來表示。 *額定輸出溫度影響 環(huán)境溫度的變化引起的額定輸出變化。一般以溫度每變化10K引起額定定輸出的變化量額定輸出的百分比來表示。 *使用溫度范圍 傳感器在此溫度范圍內(nèi)使用其任何性能參數(shù)均不會產(chǎn)生永久性有害變化. 二、在《OIML60號國際建議》中采用的術(shù)語。 以《OIML60號國際建議》92年版為基礎(chǔ),參考《JJG669--90稱重傳感器檢定規(guī)程》新的技術(shù)參數(shù)大致有: *稱重傳感器輸出 被測量(質(zhì)量)通過稱重傳感器轉(zhuǎn)換而得到的可測量。 *稱重傳感器分度值 稱重傳感器的測量范圍被等分后其中一份的大小。 *稱重傳感器檢定分度值(V) 為了準(zhǔn)確度分級,在稱重傳感器測試中采用的,以質(zhì)量單位表達(dá)的稱重傳感器分度值。 *稱重傳感器最小檢定分度值(Vmin) 稱重傳感器測量范圍可以被分度的最小檢定分度值勤。 *最小靜負(fù)荷(Fsmin) 可以施加于稱重傳感器而不會超出最大允許誤差的質(zhì)量的最小值。 *最大稱量 可以施加于稱重傳感器而不會超出最大允許誤差的質(zhì)量的最大值。 *非線性(L) 稱重傳感器進(jìn)程校準(zhǔn)曲線與理論直線的偏差。 *滯后誤差(H)施加同一級負(fù)荷時(shí)稱重傳感器輸出讀數(shù)之間的最大差值;其中一次是由最小靜負(fù)荷開始的進(jìn)程讀數(shù),另一次是由最大稱量開始的回程讀數(shù)。 *蠕變(Cp) 在負(fù)荷不變,所有環(huán)境條件和其它變量也保持不變的情況下,稱重傳感器滿負(fù)荷輸出隨時(shí)間的變化。 *最小靜負(fù)荷輸出恢復(fù)植(CrFsmin)負(fù)荷施加前,后測得的稱重傳感器最小靜負(fù)荷輸出之間的差值。 *重復(fù)性誤差(R) 在相同的負(fù)荷和相同的環(huán)境條件下,使連續(xù)數(shù)次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得的稱重傳感器輸出讀數(shù)之間的差值。 *溫度對最小靜負(fù)荷輸出的影響(Fsmin) 由于環(huán)境溫度變化而引起的最小靜負(fù)荷輸出之間的變化。 *溫度對輸出靈敏度的影響(St) 由于環(huán)境溫度變化而引起的輸出靈敏度的變化。 *稱重傳感器測量范圍 被測量(質(zhì)量)值范圍,測量結(jié)果在此范圍內(nèi)不會超出最大允許誤差。 *安全極限負(fù)荷 可以施加于稱重傳感器的最大負(fù)荷,此時(shí)稱重傳感器在性能特征上,不會產(chǎn)生超出規(guī)定值的永久性漂移。 *溫濕度對最小靜負(fù)荷輸出影響(FsminH) 由于溫濕度變化而引起的最小靜負(fù)荷輸出的變化。 *溫濕度對輸出靈敏度的影響 由于溫濕度變化而引起的輸出靈敏度的變化。 此外,在《JJG699—90稱重傳感器檢定規(guī)程》中,還列出了一個(gè)技術(shù)參數(shù),即 *最小負(fù)荷(Fmin) 力發(fā)生裝置能達(dá)到的最接近稱重傳感器最小靜負(fù)荷的質(zhì)量值。 正是因?yàn)閭鞲衅鳒y量時(shí),總要在測力機(jī)上進(jìn)行,而又很難直接測量最小靜負(fù)荷點(diǎn)性能。再要說明一點(diǎn),《OIML60號國際建議》是專門為稱重傳感器而制定的,它對稱重傳感器的評定的出發(fā)點(diǎn)就是要適應(yīng)衡器的要求。當(dāng)傳感器用于其它目的時(shí),這種評估方式不一定最合適。 稱重傳感器選用的一般規(guī)則 在電子衡器中,選用何種稱重傳感器,要全面衡量。下面就稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式、量程,準(zhǔn)確度等級的選擇上講述一般要考慮的幾個(gè)方面。 一、結(jié)構(gòu)、形式的選擇 選用何種結(jié)構(gòu)形式的稱重傳感器,主要看衡器的結(jié)構(gòu)和使用的環(huán)境條件。如要制作低外形衡器,一般應(yīng)選用懸臂梁式和輪幅式傳感器,若對外形高度要求不嚴(yán),則可采用柱式傳感器。此外,衡器使用的環(huán)境若很潮濕,有很多粉塵,則應(yīng)選擇密封形式較好的;若在有爆炸危險(xiǎn)的場合,則應(yīng)選用本質(zhì)安全型傳感器;若在高架稱重系統(tǒng)中,則應(yīng)考慮安全及過載保護(hù);若在高溫環(huán)境下使用,則應(yīng)選用有水冷卻護(hù)套的稱重傳感器;若在高寒地區(qū)使用,則應(yīng)考慮采用有加溫裝置的傳感器。 在形式選擇中,有一個(gè)要考慮的因素是,維修的方便與否及其所需費(fèi)用,即一旦稱重系統(tǒng)出了毛病,能否很順利、很迅速的獲得維修器件。若不能做到就說明形式選擇不夠合適。 二、量程的選擇 稱重系統(tǒng)的稱量值越接近傳感器的額定容量,則其稱量準(zhǔn)確度就越高,但在實(shí)際使用時(shí),由于存在秤體自重、皮重及振動、沖擊、偏載等,因而不同稱量系統(tǒng)選用傳感器的量限的原則有很大差別。作為一般規(guī)則,可有: *單傳感器靜態(tài)稱重系統(tǒng):固定負(fù)荷(秤臺、容器等)+ 變動負(fù)荷(需稱量的載荷)≤所選用傳感器的額定載荷 X 70% *多傳感器靜態(tài)稱重系統(tǒng):固定負(fù)荷(秤臺、容器等)+ 變動負(fù)荷(需稱量的載荷)≤選用傳感器額定載荷 X 所配傳感器個(gè)數(shù) X 70% 其中70%的系數(shù)即是考慮振動、沖擊、偏載等因素而加的。 需要說明的是:首先,選擇傳感器得額定容量要盡量符合生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列中的值,否則,選用了非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,不但價(jià)格貴,而且損壞后難以代換。其次,在同一稱重系統(tǒng)中,不允許選用額定容量不同的傳感器,否則,該系統(tǒng)沒法正常工作。再者,所謂變動負(fù)荷(需稱量的載荷)是指加于傳感器的真實(shí)載荷,若從秤臺到傳感器之間的力值傳遞過程中,有倍乘和衰減的機(jī)構(gòu)(如杠桿系統(tǒng)),則應(yīng)考慮其影響. 三、 準(zhǔn)確度的選擇 稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級的選擇,要能夠滿足稱重系統(tǒng)準(zhǔn)確度級別的要求,只要能滿足這項(xiàng)要求即可。即若2500分度的傳感器能滿足要求,切勿選用3000分度的。 若在一稱重系統(tǒng)中使用了幾只相同形式,相同額定容量的傳感器并聯(lián)工作時(shí),其綜合誤差為Δ,則有: Δ=Δ/ n1/2 (2—12) 其中:Δ:單個(gè)傳感器的綜合誤差; n:傳感器的個(gè)數(shù)。 另外,電子稱重系統(tǒng)一般由三大部分組成,他們是稱重傳感器,稱重顯示器和機(jī)械結(jié)構(gòu)件。當(dāng)系統(tǒng)的允差為1時(shí),作為非自動衡器主要構(gòu)成部分之一的稱重傳感器的綜合誤差(Δ)一般只能達(dá)到0.7的比例成分。根據(jù)這一點(diǎn)和式(2--12),自不難對所需的傳感器準(zhǔn)確度作出選擇。 四、某些特殊要求應(yīng)如何達(dá)到 在某些稱重系統(tǒng)中,可能有一些特殊的要求,例如軌道衡中希望稱重傳感器的彈性變形量要小一些,從而可以使秤臺在稱量時(shí)的下沉量小些,使得貨車在駛?cè)牒婉偝龀优_時(shí),減小沖擊和振動。另外,在構(gòu)成動態(tài)稱重系統(tǒng)時(shí),不免要考慮所用稱重傳感器的自振頻率,是否能滿足動態(tài)測量的要求。這些參數(shù),在一般的產(chǎn)品介紹中是不予列出的。因此當(dāng)要了解這些技術(shù)參數(shù)時(shí),應(yīng)向制造商咨詢,以免失誤。 使用稱重傳感器注意事項(xiàng) 電阻應(yīng)變式稱重傳感器本身是一種堅(jiān)固、耐用、可靠的機(jī)電產(chǎn)品。但為了保證測試精度,我們?nèi)杂性S多在使用中要注意的問題,下面列出一些基本要求。 一、機(jī)械安裝方面 稱重傳感器要輕拿輕放,尤其是由合金鋁制作彈性體的小容量傳感器,任何沖擊、跌落,對其計(jì)量性能均可能造成極大損害。對于大容量的稱重傳感器,一般來說,它具有較大的自重,故而要求在搬運(yùn)、安裝時(shí),盡可能使用適當(dāng)?shù)钠鸬踉O(shè)備(如手拉葫蘆、電動葫蘆等)。 安裝傳感器的底座安裝面應(yīng)平整、清潔,無任何油膜,膠膜等存在。安裝底座本身應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛性,一般要求高于傳感器本身的強(qiáng)度和剛度。 水平調(diào)整:水平調(diào)整有兩個(gè)方面的內(nèi)容。一是單只傳感器安裝底座的安裝平面要用水平儀調(diào)整水平,另一方面是指多個(gè)傳感器的安裝底座的安裝面要盡量調(diào)整到一個(gè)水平面上(用水準(zhǔn)儀),尤其是傳感器數(shù)多于三個(gè)的稱重系統(tǒng)中,更應(yīng)注意這一點(diǎn),這樣做的主要目的是為了使各傳感器所承受的負(fù)荷基本一致。 每種稱重傳感器的加載方向都是確定的,而我們使用時(shí),一定要在此方向上加載負(fù)荷。橫向力、附加的彎矩、扭矩力應(yīng)盡量避免。 盡量采用有自動定位(復(fù)位)作用的結(jié)構(gòu)配件,如球形軸承、關(guān)節(jié)軸承、定位緊固器等。他們可以防止某些橫向力作用在傳感器上。要說明的是:有些橫向力并不是機(jī)械安裝引起的,如熱膨脹引起的橫向力,風(fēng)力引起的橫向力,及某些容器類衡器上的攪拌器的振動引起的橫向力即不是機(jī)械安裝引起的。 某些衡器上有些必須接到秤體上的附件(如容器秤的輸料管道等),我們應(yīng)讓他們在傳感器加載主軸的方向上盡量柔軟一些,以防止他們“吃掉”傳感器的真實(shí)負(fù)荷合而引起誤差。 稱重傳感器周圍應(yīng)盡量設(shè)置一些“擋板”,甚至用薄金屬板把傳感器罩起來。這樣可防止雜物玷污傳感器及某些可動部分,而這種“沾污”往往會使可動部分運(yùn)動不爽,而影響稱量精度。 系統(tǒng)有無運(yùn)動不爽現(xiàn)象,可以用以下方法判別。即在秤臺上加或減大約千分之一額定負(fù)荷看看稱重顯示儀是否有反映,有反映,說明可動部分未受“沾污”。 稱重傳感器雖然有一定的過載能力,但在稱重系統(tǒng)安裝過程中,仍應(yīng)防止傳感器的超載。要注意的是,即使是短時(shí)間的超載,也可能會造成傳感器永久損壞。在安裝過程中,若確有必要,可先用一個(gè)和傳感器等高度的墊塊代替?zhèn)鞲衅?,到最后,再把傳感器換上。 在正常工作時(shí),傳感器一般均應(yīng)設(shè)置過載保護(hù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)件。 若用螺桿固定傳感器,要求有一定的緊固力矩,而且螺桿應(yīng)有一定的旋入螺紋深度。一般而言,固定螺桿因采用高強(qiáng)度螺桿。 傳感器應(yīng)采用鉸合銅線(截面積約50mm2)形成電氣旁路,以保護(hù)它們免受電焊電流或雷擊造成的危害。 傳感器使用中,必須避免強(qiáng)烈的熱輻射,尤其是單側(cè)的強(qiáng)烈熱輻射。 二、電氣連接方面 傳感器的信號電纜,不和強(qiáng)電電源線或控制線并行布置(例如不要把傳感器信號線和強(qiáng)電電源線及控制線置于同一管道內(nèi))。若它們必須并行放置,那么,它們之間的距離應(yīng)保持在50CM以上,并把信號線用金屬管套起來。 不管在何種情況下,電源線和控制線均應(yīng)絞合起來,合程度50轉(zhuǎn)/米, 若傳感器信號線需要延長,則應(yīng)采用特制的密封電纜接線盒。若不用此種接線盒,而采用電纜與電纜直接對接(錫焊端頭),則應(yīng)對密封防潮特別予以注意,接好后應(yīng)檢驗(yàn)絕緣電阻,且需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)(2000~5000M),必要時(shí),應(yīng)重新標(biāo)定傳感器。 若信號電纜線很長,又要保證很高的測量精度,應(yīng)考慮采用帶有中繼放大器的電纜補(bǔ)償電路。 所有通向顯示電路或從電路引出的導(dǎo)線,均應(yīng)采用屏蔽電纜。屏蔽線的聯(lián)接及接地點(diǎn)應(yīng)合理。如圖2一9所示。若未通過機(jī)械框架接地,則在圖2一9A處接地,但屏蔽線互相聯(lián)接后未接地,是浮空的。 注意:有3只傳感器是全并聯(lián)接法,傳感器本身是4線制,但在接線盒內(nèi)換成6線制接法。 傳感器輸出信號讀出電路不應(yīng)和能產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾的設(shè)備(如可”控硅,接觸器等)及有可觀熱量產(chǎn)生的設(shè)備放在同一箱體中,若不能保證這一點(diǎn),則應(yīng)考慮在它們之間設(shè)置障板隔離之,并在箱體內(nèi)安置風(fēng)扇。 用以測量傳感器輸出信號的電子線路,應(yīng)盡可能配置獨(dú)立的供電變壓器,而不要和接觸器等設(shè)備共用同一主電源。- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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- 電阻 應(yīng)變 稱重 傳感器 原理
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